Eine Biene sitzt auf einer Alpenrose. Beim genauen Hinschauen bewundern wir deren Körperbau. Der Hinter- und Vorderleib scheinen ein ganz bestimmtes Größenverhältnis zueinander zu haben.
Wir messen nach:
Der lange Hinterleib $l=0,89~cm$, der kurze Voderleib $k=0,55~cm$, Gesamtlänge $g=1,44~cm$.
Nun bildet man aus diesen Werten Verhältnisse:
$$\frac{l}{k}=\frac{0,89}{0,55}=1,62~~~~~\text{und}~~~~~\frac{g}{l}=\frac{1,44}{0,89}=1,62$$
Erstaunlich, nicht wahr? Wir wollen es genauer wissen:
Wir erhalten die quadratische Gleichung $x^2-x=1$. Wie löst man diese? Ganz einfach: Man nutzt die Kenntnis der binomischen Formel: $a^2-2ab+b^2=(a-b)^2$.
Quadratische Ergänzung:
Vergleichen wir $x^2-1x=1$ mit $a^2-2ab+b^2$ folgt: $1=2b$.
Da es keine negativen Längen gibt, gibt es nur eine Lösung. Es ist die Goldene Zahl.
Nur die positivie Lösung ist gültig:
$$x=\frac{1+\sqrt{5}}{2}=1,618...$$In der Natur kommt der goldene Schnitt nicht nur bei Bienen oder Hummeln vor. Auch das Pferd bildet, wenn man seine Länge bei den Vorderbeinen teilt, den goldenen Schnitt. Neben dem Menschen erkennt man den goldenen Schnitt auch an der Winkelanordnung der Blütenblätter bei Wildrosen.
So hat der goldene Schnitt auch in der Architektur Einzug gefunden. Viele alte Bauwerke, wie Tempel oder die Bundeslade, haben in bestimmten Größenverhältnissen den Goldenen Schnitt. Liegt das Verhältnis höher als 1,62, wie bspw. bei dem Bildformat 16:9, wird es vom Menschen als modern wahrgenommen. Liegt das Verhältnis darunter wirkt es eher traditionell.
Die Halong-Bucht in Nordvietnam wurde 1994 von der UNESCO zum Weltnaturerbe erklärt. Neben den 1969 faszinierenden Kreideflesen hat die Halong-Bucht wunderschöne schwimmende Dörfer in denen die Bewohner in Aquakulturen Fische züchten.
Die weltweite Überfischung gilt als eines der großen Probleme für die Gesundheit der Weltmeere. Hierzu legt die FAO alle 2 Jahre einen Bericht vor. Aquakulturen sind eine echte Alternative, da sie bei steigendem Fischkonsum den Fischbestand der Meere schonen.
Im Diagramm ist die weltweite Fischfangquote mit und ohne der Fischmenge aus Aquakulturen abgebildet.
Wir messen nach: 134.000.000 t Fisch wurden im Jahr 2004 verarbeitet. Im Jahr 2014 waren es 167.000.000 t Fisch.
Außerdem: Der Fischkonsum nimmt in den letzten 10 Jahren kontinuierlich zu. Aber es stecken noch mehr Infos in dem Diagramm ...
Von der Quote zur Menge
Die Fläche unter dem Graph gibt die Summe der Fischmenge in einem Zeitraum an.
Die Integralrechnung summiert die Flächen unter einer Funktion. Man schreibt:
$$A=\int_{2004}^{2014} f(x) \: dx$$Flächen unter Kurven
Bei seinem 39.045 m Sprung aus der Stratossphäre flog Felix Baumgarnter bis zu 370 m/s. Welche Bedeutung hat die Fläche unter der Kurve?
In unserem vorigen Beispiel konnten wir die Fläche noch einfach abschätzen. Nun aber müssen wir definitiv approximieren, d.h. nähern.
Pumpspeicherkraftwerk: negative Flächen
Mal wird Wasser dem Speichersee zugeführt, mal abgeführt.
Die positive/negative Fläche gibt die zu- und abgeführte Wassermenge an.
$$A=\int_{0}^{25}\hspace{-3mm}f(x)\, dx + \int_{25}^{40}\hspace{-3mm} f(x) \, dx = A_1 + (-A_2)$$ $$A\hspace{-1mm}=\hspace{-3mm} \int_{0}^{25}\hspace{-4mm}f(x)dx + \hspace{-3mm} \int_{25}^{40}\hspace{-4mm} f(x)dx\hspace{-1mm} = \hspace{-1mm} A_1\hspace{-1mm} +\hspace{-1mm} (-A_2)$$Neu zugelassene Motorräder in Hanoi
Die Anzahl der neu zugelassenen Motorräder in Hanoi ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Bestimme die Summe der Motorräder in den letzten 10 Jahren.
Wasserverbrauch Halbzeitpause
Wie hoch ist der Wasserbedarf in der Halbzeitpause?
Stromverbrauch
Wie hoch ist der Energiebedarf in 20 ms?
Hubschrauberflug
Nach 25 s landet der Hubschrauber. Begründe wieso der Landeplatz auf einem Hügel liegt.
Der Mond
Notiere die Fläche des Kreises als Integral.
Quellen:
V. Adam et. al., "Integralrechnung - Rekonstrukion von Best.", LISUM 2009
T. Unkelbach, "Materialien zum selbständigen Arbeiten",
ne.lo-net2.de
H. Griesel et.al., "Elemente der Mathematik", Schroedel Verlag, 2010